Pengaruh Rasio Molar Zn/Al Terhadap Sifat Pertukaran Anion

Nurul Inayah Retnaningsih, dkk., Pengaruh Rasio Molar Zn/Al Terhadap Sifat Pertukaran ...

274

Pengaruh Rasio Molar Zn/Al Terhadap Sifat Pertukaran Anion

[Fe(CN)6]4– Pada Hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Cl

Effect of Zn/Al Molar Ratio on Anion Exchange Properties of Zn-Al-NO3

and Zn-Al-Cl Hydrotalcite by [Fe(CN)6]4–

Nurul Inayah Retnaningsih

1, Roto

2 dan Nurul Hidayat Aprilita

2

1Mahasiswa Program Pascasarjana, Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada 2Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara Kontak Pos BLS 21 11

[email protected]

Abstrak

Pengaruh rasio mol kation hidrotalsit Zn/Al dan jenis anion dan sifat penukaran ion telah dipelajari. Hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Cl disintesis dengan variasi mol Zn/Al dan

diikuti dengan penukaran ion yang berada di dalam ruang antarlapis hidrotalsit dengan ion

heksasianoferat(II). Hidrotalsit hasil sintesis dikarakterisasi dengan XRD, FTIR dan AAS.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa anion nitrat dan klorida di dalam ruang antarlapis hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Cl dapat digantikan dengan heksasianoferat(II). Kapasitas

penukaran anion nitrat dalam hidrotalsit Zn-Al-NO3 oleh heksasianoferat(II) untuk rasio

molar Zn/Al 2,3, dan 4 masing-masing sebesar 289,35 meq; 233,48 meq dan 137.511 meq/100 g. Sementara kapasitas penukaran anion klorida dalam hidrotalsit Zn-Al-Cl oleh

heksasianoferat(II) dengan rasio molar Zn/Al 2,3, dan 4 masing-masing sebesar 205,55 meq;

189,08 meq dan 118,17 meq/100 g. XRD mampu membuktikan penukaran anion nitrat dan klorida di dalam hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Cl oleh heksasianoferat(II).

Kata kunci: hidrotalsit, penukaran ion, heksasianoferat(II)

Abstract

The effect of cation molar ratios and anion types of Zn/Al hydrotalcite on its anion exchange

characteristics has been studied. Zn-Al-NO3 and Zn-Al-Cl hydrotalcites were synthesized by variation

of Zn/Al molar ratio and followed by anion exchange of Zn/Al hydrotalcite with hexacyanoferrate(II). The synthesized hydrotalcites were characterized by XRD, FTIR and AAS.

The results showed that the nitrate and chloride anions in the interlayer space of Zn/Al hydrotalcite

can be exchanged with hexacyanoferrate(II). The anion exchange capacity of Zn-Al-NO3 toward

hexacyanoferrate(II) for molar ratio of 2, 3, and 4 was 289.35 meq, 233.48 meq and 137.511 meq/100

g hydrotacite, respectively. The anion exchange capacity of Zn-Al-Cl toward hexacyanoferrate(II) with

molar ratio of 2, 3, and 4 was 205.55 meq, 189.08 meq and 118.17 meq/100 g hydrotalcite, respectively.

The XRD showed that anion exchange of Zn-Al-NO3 and Zn-Al-Cl hydrotalcite by

hexacyanoferrate(II) can be confirmed.

Keywords: hydrotalcite, anion exchange and hexacyanoferrate(II)

1. Pendahuluan

Pencemaran lingkungan merupakan masalah kompleks yang banyak kita temui dan kita

hadapi di dalam kehidupan yang serba modern ini. Pencemaran lingkungan muncul karena

akibat dari perubahan lingkungan baik yang disengaja maupun tidak disengaja yang yang

disebabkan oleh limbah industri, rumah sakit, maupun limbah rumah tangga. Lingkungan

yang tercemar tentunya mempunyai dampak yang tidak baik karena akan mengakibatkan

penurunan kualitas dan mempengaruhi hidup makhluk hidup di sekitarnya. Dengan adanya

masalah tersebut maka perlu dilakukan upaya untuk mengatasi dampak limbah dengan

mempertimbangkan bahan yang digunakan untuk mengolah limbah tersebut sehingga tidak

menimbulkan masalah baru.

Pemanfaatan material alam merupakan salah satu solusi yang banyak dikembangkan

saat ini oleh peneliti untuk mengetahui material yang mempunyai efektivitas dan efisiensi

mailto:[email protected]

Berkala MIPA, 23(3), September 2013

275

yang baik sebagai adsorben limbah berbahaya, penukar anion, maupun sebagai katalis.

Material yang digunakan diharapkan dapat diregenerasi setelah pemanfaatnya sehingga

tidak akan menimbulkan masalah baru bagi lingkungan. Salah satu material yang

mempunyai kemampuan untuk diregenarasi setelah digunakan adalah hidrotalsit. Hidrotalsit

merupakan salah satu material yang menarik dengan karakteristik serta sifat yang khas

sehingga memberikan banyak manfaat dalam kehidupan. Aplikasi yang sangat beragam

menyebabkan hidrotalsit menjadi salah satu subyek penelitian yang banyak dilakukan dan

dikembangkan hingga saat ini. Hidrotalsit (hydrotalcite) sebagai lempung anionik

mempunyai mempunyai formula umum [MII(1-X)MIIIx(OH)2]

x+[Am-]x/m.zH2O dimana MII

dan MIII adalah kation divalen dan trivalen sedangkan Am- merupakan anion organik atau

anorganik antar lapis yang dapat dipertukarkan. Parameter z merupakan jumlah molekul

H2O dan x+ merupakan muatan lapisan (Kloprogge et al, 2004).

Hidrotalsit adalah kelompok material anorganik berlapis dengan muatan positif pada

permukaan yang terbentuk atas hidroksi logam-logam yang mempunyai tingkat oksidasi

campuran biasanya +2 dan +3 melalui sharing oktahedral dengan kemiripan struktur seperti

brucite (Mg(OH)2). Permukaan yang positif menyebabkan hadirnya anion yang bermuatan

negatif pada antar lapisnya dan anion yang berada pada antar lapis hidrotalsit dapat

dipertukarkan dengan anion lain (Roto, 2005), misalnya CO32-, Cl-, NO3

-, SO42-, PO4

3- dan

sejumlah anion-anion organik seperti oksalat, asetat, benzoat dan lain-lain (Bejoy, 2001).

Penukar anion sangat bermanfaat untuk berbagai keperluan seperti pada proses industri,

ekstraksi anion (pemekatan), penghilangan anion berbahaya serta penyerapan limbah obat-

obatan yang bermuatan negatif (anionic drugs) yang banyak ditemukan di badan air.

Senyawa hidrotalsit di alam juga mempunyai banyak aplikasi dalam bidang kesehatan

(Bejoy, 2001).

Halcom dan Yanberry (2002) menyatakan bahwa kapasitas penukar anion juga

merupakan hal yang penting karena menunjukkan jumlah anion yang mampu diganti oleh

anion pengganti tetapi bisa juga diartikan sebagai ukuran jumlah anion yang mampu

mengganti anion awal. Nilai kapasitas pertukaran anion yang besar menunjukkan bahwa

anion tersebut mudah untuk menggantikan anion lain atau dengan kata lain, anion tersebut

merupakan penukar anion yang baik. Urutan kekuatan dalam pertukaran ion dipengaruhi

oleh muatan ion, densitas elektron, dan ikatan hidrogen. Miyata (1983) mengusulkan

selektivitas ion untuk anion monovalen yaitu OH– > F– > Cl– > NO3– > I– dan untuk anion

divalen CO32– > C10H4N2O8S

2- > SO42– serta untuk oxoanion HPO4

2– > HAsO42– > CrO4

2– >

SO42–. Kanezaki (1998) telah mempelajari pengaruh rasio mol hidrotalsit Mg/Al dengan

rasio mol yang digunakan yaitu 2:1, 3:1 dan 4:1, meskipun dalam penelitiannya besar

kapasitas pertukaran anion belum dipelajari namun dalam penelitiannya dilaporkan bahwa

stabilitas dari stuktur hidrotalsit dipengaruhi oleh temperatur. Rasio Mg/Al semakin kecil

maka strukturnya akan semakin stabil, hal tersebut ditunjukkan dengan meningkatnya gaya

elektrostatik antara kelebihan muatan positif pada Al3+ dan negatif satu pada interlayer.

2. Experimental

2.1 Sintesis hidrotalsit Zn-Al-Cl

Sintesis hidrotalsit Zn-Al-Cl dengan variasi rasio mol Zn/Al 4:1, 3:1 dan 2:1. Untuk

masing-masing rasio 5,4901 g, 4,08 g, 2,7256 g ZnCl2 dan 2,4147 g AlCl3.6H2O masing-

masing dilarutkan dalam akuabides sampai volume 100 mL, ditambahkan HCl 0,1 M hingga

pH larutan menjadi 2 dan diaduk selama 15 menit. Larutan disaring menggunakan kertas

saring, larutan hasil penyaringan direaksikan dengan larutan NaOH 0,80 M (100 mL)

selama 30 menit. Selama reaksi pH diatur menjadi 10 dan larutan diaduk serta dialiri gas

nitrogen selama 2jam. Campuran dihidrotermal pada temperatur 100°C selama 15 jam.


276

Campuran produk yang berbentuk suspensi tersebut disentrifuge selama 15 menit pada 3500

rpm. Padatan dicuci hingga pH netral, dan hasil yang diperoleh disaring dengan

menggunakan kertas saring Whatman dengan penyaring Buchner. Endapan yang diperoleh

kemudian dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 75° C selama 20 jam.

2.2 Karakterisasi produk

Hidrotalsit Zn-Al-Cl kering dikarakterisasi dengan menggunakan XRD dengan kisaran

sudut 2θ 2-70°. Padatan hasil juga dikarakterisasi menggunakan FTIR. Analisis kandungan

logam Zn dan Al dilakukan dengan menggunakan AAS. Larutan standard Zn2+ 25 ppm

dibuat dan diencerkan hingga diperoleh konsentrasi 0,25 – 2 ppm. Larutan standard Al3+ 100

ppm dibuat kemudian diencerkan hingga diperoleh konsentrasi 10 - 80 ppm. Selanjutnya

absorbansi larutan standard dan sampel diukur dengan AAS.

Analisis H2O bebas dan H2O kristal, sampel hidrotalsit Zn-Al-Cl sebanyak 0,2 g

dipanaskan dalan cawan porselen selama 3 jam dengan temperatur 110°C untuk dianalisis

kandungan air nya. Hasil pemanasan ini ditimbang dengan neraca analitik. Selisih berat

sampel sebelum pemanasan dengan setelah pemanasan menunjukan kuantitas air dalam

sampel. Sampel kemudian dipanaskan kembali selama 3 jam dengan temperatur 180°C,

selisih berat sampel pada uji H2O pada pemanasan awal dengan pemanasan terakhir

menunjukkan kuantitas H2O kristal dalam produk.

2.3 Uji pertukaran anion klorida dengan hidrotalsit Zn-Al-Fe(CN)6

Sampel hidrotalsit Zn-Al-Cl dengan variasi rasio mol Zn/Al 4:1, 3:1 dan 2:1 masing-

masing sebanyak 0,100 g dicampur dengan larutan K4Fe(CN)6 yang telah dilarutkan dalam

akuabides sampai volume 25 mL. Campuran diaduk menggunakan pengaduk magnetik dan

dialiri gas nitrogen selama 4 jam. Kemudian dihidrotermal pada temperatur 100°C selama

15 jam. Larutan hasil hidrotermal disentrifuge selama 15 menit pada 3500 rpm, cairan

dianalisis dengan AAS dan padatan dicuci dengan akuabides. Hasil sentrifugasi disaring

menggunakan kertas saring dengan penyaring Buchner. Endapan yang diperoleh kemudian

dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 70°C selama 24 jam, sehingga diperoleh

endapan hidrotalsit Zn-Al-[Fe(CN)6] kering yang kemudian dianalisis dengan menggunakan

XRD dan FT-IR.

Analisis kandungan logam Fe2+ menggunakan AAS dilakukan dengan mengencerkan

larutan Zn-Al-[Fe(CN)6] hidrotalsit. Larutan standard Fe2+ dibuat 25 ppm dan diencerkan

menjadi 2, 4, 6, 8 dan 10 ppm. Larutan standard dan larutan sampel dianalisis dengan

menggunakan AAS.

2.4 Sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO3

Sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO3 dengan variasi rasio mol Zn/Al 4:1, 3:1 dan 2:1. Untuk

masing-masing rasio 10,4580 g, 7,8495 g, 5,2253 g Zn(NO3)2.4H2O dan 3,7632 g

Al(NO3)3.9H2O masing-masing dilarutkan dalam akuabides sampai volume 100 mL,

ditambahkan HNO3 hingga pH larutan menjadi 2 dan diaduk selama 15 menit, larutan

disaring menggunakan kertas saring. Larutan hasil penyaringan direaksikan dengan larutan

NaOH 0,80 M (100 mL) selama 30 menit sambil diaduk. Selama reaksi pH diatur menjadi

10 dan diaduk serta dialiri gas nitrogen selama 2 jam. Campuran dihidrotermal pada

temperatur 100°C selama 15 jam. Padatan hidrotalsit yang diperoleh dipisahkan dengan

sentrifugasi selama 15 menit dengan laju 3500 rpm. Padatan kemudian dicuci hingga pH

netral, dan hasil yang diperoleh dari sentrifugase disaring dengan kertas saring Whatman

dengan penyaring Buchner. Endapan yang diperoleh kemudian dikeringkan menggunakan

oven pada temperatur 80°C selama 20 jam.


277

2.5 Karakterisasi produk

Hidrotalsit Zn-Al-NO3 kering dikarakterisasi dengan menggunakan X Ray Difraction

(XRD), kisaran sudut 2θ 2-70°. Padatan kering tersebut juga dikarakterisasi menggunakan

Fourier Transform – Infra Red (FTIR). Analisis kandungan logam Zn dan Al pada hidrotalsit

Zn-Al-NO3 juga dilakukan dengan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS). Larutan

standard Al3+ dibuat 100 ppm dan diencerkan 10-80 ppm. Untuk larutan standard Zn2+ 25

ppm dibuat dan diencerkan dengan variasi 0,25 – 2 ppm. Selanjutnya absorbansi sampel dan

standart diukur dengan AAS. Sama seperti prosedur klorida sampel hidrotalsit Zn-Al-NO3

juga dianalisis untuk H2O bebas dan H2O kristalnya.

2.6 Pertukaran anion NO3– dengan [Fe(CN)6]

4– pada hidrotalsit Zn/Al hasil sintesis

Sampel hidrotalsit Zn-Al-NO3 sebanyak 0,100 g dicampur dengan larutan K4Fe(CN)6

yang telah dilarutkan dalam akuabides sampai volume 25 mL. Campuran diaduk dan dialiri

gas nitrogen selama 2 jam. Setelah itu, dihidrotermal pada temperature 100°C kemudian

disentrifuge selama 15 menit, 2500 rpm dan dicuci dengan akuabides. Hasil sentrifugasi

disaring menggunakan kertas saring dengan penyaring Buchner. Endapan yang

diperolehkemudian dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 75° C s elam a 2 0 jam,

sehingga diperoleh endapan. Hidrotalsit Zn-Al-Fe(CN)6 kering dianalisis dengan XRD dan

IR. Analisis kandungan logam Fe2+ menggunakan AAS dilakukan terhadap larutan hasil

sentrifuge. Larutan standard Fe2+ 25 ppm dan diencerkan menjadi 2, 4, 6, 8 dan 10 ppm.

Larutan standard dan larutan sampel dianalisis dengan menggunakan AAS.

3. Hasil dan Pembahasan

Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidrotalsit secara kopresipitasi dengan mengatur

rasio mol kation dan basa pH dengan menambahkan larutan NaOH ke dalam larutan yang

mengandung ZnCl2 dan AlCl3 dengan rasio mol Zn/Al 2:1, 3:1 dan 4:1. Reaksi yang terjadi

pada sintesis Hidrotalsit Zn-Al-Cl dengan rasio mol 2:1, 3:1 dan 4:1 adalah:

Penambahan larutan NaOH pada saat sintesis berfungsi untuk mengendapkan kation-

kation dalam larutan (Zn2+ dan Al3+) dengan memberikan ion OH–. Karena Ksp Al(OH)3

lebih kecil dari Zn(OH)2, yaitu 2 × 10–33 untuk Al(OH)3 dan 4,5 × 10–17 untuk Zn(OH)2

maka Al(OH)3 akan lebih dahulu mengendap dibandingkan dengan Zn(OH)2. Untuk

selanjutnya apabila Al(OH)3 telah terbentuk sempurna, kelebihan ion OH– dalam larutan

akibat penambahan larutan NaOH akan digunakan untuk pembentukan Zn(OH)2.

Penambahan OH– yang berlebihan akan menyebabkan Al(OH)3 akan larut kembali

menjadi anion Al(OH)63–. Dengan adanya dua garam yang berbeda maka akan terjadi

substitusi ion pusat, dimana kation Zn2+ dari Zn(OH)2 akan digantikan oleh kation Al3+ dari

Al(OH)63–, sehingga terbentuklah senyawa hidrotalsit Zn/Al (Xianmei et al, 2003). Setelah

terbentuk senyawa hidrotalsit Zn/Al, selanjutnya dilakukan proses hydrothermal treatment

dimana larutan hasil sintesis dipanaskan pada temperatur tinggi dalam sebuah wadah (botol

teflon) selama ±15 jam untuk memaksimalkan pembentukan kristal dari endapan hasil

sintesis yang didapatkan. Gambar 1 menampilkan difraksi sinar X dari hidrotalsit Zn-Al-Cl

yang telah disintesis


278

Gambar 1. Difraksi Sinar X-hidrotalsit Zn-Al-Cl, (a) rasio Zn/Al 4:1, (b) rasio Zn/Al

3:1 dan (c) rasio Zn/Al 2:1

Berdasarkan hasil analisis, nilai basal spacing ini mirip dengan nilai basal spacing dari

hasil sintesis yang dilakukan oleh Roto et al. (2007) yaitu d003= 7,80 A, serta Ernawati

(2009) dengan nilai basal spacing d003= 7,78 A. Berdasarkan hasil difraksi sinar X tersebut,

dapat diketahui bahwa hidrotalsit Zn-Al-Cl dengan rasio mol 4:1 memiliki produk hasil

sintesis lebih murni jika dibandingkan dengan rasio mol 3:1 dan 2:1 namun demikian sintesis

tersebut telah berhasil dilakukan.

Hidrotalsit hasil sintesis ini selain dikarakterisasi menggunakan XRD, juga

dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR untuk mengetahui adanya gugus-gugus

fungsional yang ada. Hasil karakterisasi menggunakan FTIR ditunjukkan oleh Gambar 2,

dan hasil karakterisasi dengan FTIR ini dirangkum pada Tabel 1. Data tersebut mirip dengan

data yang dilaporkan oleh Zie et al(2013), vibrasi OH stretching dan bending masing-

masing 3400 dan 1600 cm-1 serta munculnya serapan metal oksida Zn-O-Al pada 426 cm-1,

dan Tong et al. (2011), dengan vibrasi OH stretching pada 3446 cm-1 dan serapan Zn-O-Al

pada 429 cm-1.


279

Gambar 2. Spektra FTIR hidrotalsit Zn-Al-Cl (a) rasio Zn/Al 2:1 (b) Zn/Al 3:1 dan

(c) rasio Zn/Al 4:1

Tabel 1 Karakterisasi FTIR Sampel Hidrotalsit

Serapan Karakteristik Bilangan gelombang (cm-1)

Rasio Mol Zn/Al

4 3 2

Vibrasi OH stretching 3448 3448 3425

Vibrasi OH bending 1620 1627 1627

Vibrasi metal oksida Zn-

O

354 354 354

Vibrasi metal Al-O 609 555 555

Vibrasi metal oksida Zn-

O-Al

424 424 447

Komposisi kimia hidrotalsit Zn-Al-Cl yang telah disintesis ditunjukkan pada Tabel 2.

Sedangkan Tabel 3.3 digunakan untuk menentukan rumus empirik hidrotalsit Zn-Al-Cl

sesuai rumus umum [MII(1-x)M

IIIx(OH)2]

x+[Am–]x/m.zH2O, untuk rasio mol 4:1 diperoleh

Zn0,79Al0,21(OH)2(Cl)0,210,35H2O, rasio mol Zn/Al 3:1 diperoleh

Zn0,73Al0,27(OH)2(Cl)0,27.0,26H2O dan untuk rasio mol Zn/Al 2:1 diperoleh

Zn0,65Al0,35(OH)2(Cl)0,35.0,17H2O. Rumus empirik tersebut mendekati hidrotalsit Zn-Al-Cl

rasio mol Zn/Al 4:1, 3:1 dan 2:1 yang digunakan pada saat sintesis.

Tabel 2. Hasil Analisis Kimia Hidrotalsit Zn–Al–Cl

Komposisi Hidrotalsit (% b/b)

Rasio mol Zn/Al

4 3 2

% % %

Zn 39,4 0,6 39 0,60 37,58 0,57

Al 4,36 0,16 5,96 0,22 8,4 0,31

H2O 4,82 0,268 3,85 0,21 2,68 0,15

Rasio

Zn/AL 3,76 2,70 1,86

Tabel 3.3 digunakan untuk menentukan rumus empirik hidrotalsit Zn-Al-Cl sesuai

rumus umum [MII(1-x)M

IIIx(OH)2]

x+[Am-]x/m.zH2O, untuk rasio mol 4:1 diperoleh

Zn0,79Al0,21(OH)2(Cl)0,210,35H2O, rasio mol Zn/Al 3:1 diperoleh

Zn0,73Al0,27(OH)2(Cl)0,27.0,26H2O dan untuk rasio mol Zn/Al 2:1 diperoleh

Zn0,65Al0,35(OH)2(Cl)0,35.0,17H2O. Rumus empirik tersebut mendekati hidrotalsit Zn-Al-Cl

rasio mol Zn/Al 4:1, 3:1 dan 2:1 yang digunakan pada saat sintesis.

3.1 Uji Pertukaran anion klorida dari hidrotalsit Zn-Al-Cl dengan

heksasianoferrat(II)

Uji pertukaran ion yang telah dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan cara

menambahkan larutan kalium heksasianoferrat(II) ke dalam suspensi hidrotalsit Zn-Al-Cl

dalam air. Sebelum dilakukan pertukaran anion klorida dengan heksasianoferrat(II), rasio

mol yang akan di pertukarkan dihitung terlebih dahulu. Menurut Kloprogge et al. (2004),

larutan heksasianoferrat(II) perlu diatur pH nya menjadi 10,2 atau dalam kondisi basa

dimana pada pH tersebut merupakan pH optimum untuk pertukaran anion, selain itu

hidrotalsit Zn/Al lebih stabil pada pH diatas 3. Pertukaran anion klorida oleh

heksasianoferrat(II) pada hidrotalsit Zn-Al-Cl dapat dilihat dengan mengamati difraktogram

XRD hidrotalsit Zn-Al-Cl sebelum dan setelah pertukaran anion.


280

Berdasarkan difraktogram XRD pada Gambar 3 dapat diketahui bahwa hidrotalsit Zn-

Al-Cl sebelum dan setelah pertukaran anion untuk rasio mol Zn/Al 2:1. Pertukaran anion

klorida oleh heksasianoferrat(II) pada hidrotalsit Zn-Al-Cl ditunjukkan dengan kenaikan

basal spacing d003 yang diakibatkan masuknya anion heksasianoferrat(II) ke dalam antar

lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl untuk menggantikan anion klorida. Kenaikan basal spacing d003

dari 7,52 Å menjadi 10,59 Å yang ditunjukkan oleh pergeseran 2θ 11,76 menjadi 8,44.

Untuk rasio mol Zn/Al 3:1 kenaikan basal spacing d003 yang diakibatkan masuknya anion

heksasianoferrat(II) ke dalam antar lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl ditunjukkan oleh kenaikan

basal spacing d003 dari 7,81 Å menjadi 10,77 Å 6 yang ditunjukkan oleh pergeseran 2θ 11,32

menjadi 8,44 dan untuk rasio mol Zn/Al 4:1 kenaikan basal spacing d003 yang diakibatkan

masuknya anion heksasianoferrat(II) ke dalam antar lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl ditunjukkan

oleh kenaikan basal spacing d003 dari 7,81 menjadi 10,93 Å yang ditunjukkan oleh

pergeseran 2θ 11,32 menjadi 8,08.

Gambar 3 Difraksi sinar-X hidrotalsit Zn-Al-Cl sebelum dan setelah pertukaran

anion; (A) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 2:1 (B) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 3:1 (C) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 4:1

Berdasarkan hasil tersebut menunjukkan bahwa anion Cl– yang ukurannya lebih kecil

telah tergantikan oleh anion [Fe(CN)6]4– yang ukurannya lebih besar, meskipun pada

kenyataannya belum tertukar sempurna karena masih munculnya sejumlah kecil anion Cl-

pasca pertukaran meskipun intensitasnya telah menurun. Untuk uji pertukaran anion klorida

dengan heksasianoferrat(II) ini ternyata diperoleh hasil bahwa rasio mol 4:1 lebih murni

hasilnya jika dibandingkan dengan rasio mol 2:1 dan 3:1. Senyawa baru hasil pertukaran

anion klorida dan kalium heksasianoferrat(II) ini disebut dengan hidrotalsit Zn-Al-

[Fe(CN)6].

Selain ditinjau dari difraktogram XRD, pertukaran anion klorida dengan

heksasianoferrat(II) juga diamati dengan spektra FT-IR seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.4

dimana OH stretching dan Vibrasi OH bending yang menunjukkan H2O pada antar lapis


281

hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-[Fe(CN)6] ada pada bilangan gelombang tertentu, selain itu

juga terdapat serapan metal oksida untuk hidrotalsit Zn-Al-Cl maupun hidrotalsit Zn-Al-

[Fe(CN)6] yang sangat khas untuk hidrotalsit. Perbedaan utama antara spektra FTIR sebelum

dan setelah pertukaran anion klorida dengan heksasianoferrat(II) adalah munculnya serapan

baru CN nitril pada bilangan gelombang 2098 cm-1 dan hal ini memperkuat bukti bahwa

anion klorida pada antarlapis hidrotalsit Zn-Al-Cl telah tergantikan oleh anion

heksasianoferrat(II).

Berdasarkan hasil FT-IR (Gambar 3.4) dapat diketahui bahwa OH stretching dan

Vibrasi OH bending yang menunjukkan H2O pada antar lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl untuk

rasio mol 2:1 ditunjukkan pada bilangan gelombang 3425 dan 1627 cm-1 dan untuk Zn-Al-

[Fe(CN)6] terjadi kenaikan vibrasi untuk OH stretching menjadi 3456 dan penurunan vibrasi

OH bending menjadi 1620 cm-1 serta vibrasi metal oksida Zn-O-Al pada 447 cm-1 untuk

klorida dan 493 cm-1 untuk heksasianoferrat(II).

Untuk rasio mol 3:1 OH stretching dan Vibrasi OH bending yang menunjukkan H2O

pada antar lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl ditunjukkan pada bilangan gelombang 3448 dan 1627

cm–1 dan untuk Zn-Al-[Fe(CN)6] terjadi penurunan vibrasi untuk OH stretching yaitu pada

bilangan gelombang 3456 dan Vibrasi OH bending sama pada 1627 cm-1 serta vibrasi metal

oksida Zn-O-Al pada 424 cm-1 untuk klorida dan 432 cm-1 untuk heksasianoferrat(II)

sedangkan untuk mol 4:1 OH stretching dan Vibrasi OH bending yang menunjukkan H2O


cm-1 dan untuk Zn-Al-[Fe(CN)6] juga ada pada bilangan gelombang 3448 dan Vibrasi OH

bending menjadi 1627 cm-1 serta vibrasi metal oksida Zn-O-Al pada 424 cm-1 untuk klorida

dan 408 cm-1 untuk heksasianoferrat(II) dan munculnya serapan baru pasca pertukaran yang

ditunjukkan oleh bilangan gelombang 2098 cm-1 untuk vibrasi CN nitril pada rasio mol 2:1,

3:1 dan 4:1.

3.2 Sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO3

Proses sintesis hidrotalsit pada penelitian ini dilakukan dengan metode stoikiometri

dengan mengasumsikan jumlah muatan positif dan negatif yang ada pada hidrotalsit. Reaksi

yang terjadi pada sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO3 sama dengan pada sintesis hidrotalsit Zn-

Al-Cl sebelumnya. Uji kristalinitas hidrotalsit dilakukan dengan menggunakan difraktogram

XRD. Hasil difraktogram pada sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO3 dengan metode stoikiometri

pada rasio mol 2:1, 3:1 dan 4:1.

Hidrotalsit yang disintesis pada penelitian ini memiliki kemiripan dengan difraktogram

hidrotalsit Zn-Al-NO3 yang telah disintesis oleh Kloprogge et al. (2002) dengan d003 = 8,81

Å, Isyana (2007) dengan d003 = 8,83 Å dan Ernawati (2009) dengan d003 = 8,82 Å. Hidrotalsit

hasil sintesis ini selain dikarakterisasi menggunakan XRD, juga dikarakterisasi

menggunakan FTIR. Hasil karakterisasi dari hidrotalsit Zn-Al-NO3 menggunakan FTIR

ditunjukkan oleh spektra pada Gambar 6 dimana serapan pada bilangan gelombang dapat

dilihat dengan munculnya serapan kuat dan tajam pada daerah bilangan gelombang 1381

cm-1 dan serapan lemah pada bilangan gelombang 609 cm-1. Vibrasi OH stretching dari

gugus hidroksi pada permukaan hidrotalsit Zn-Al dan air pada ruang antar lapisnya yang

ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 3448 cm-1 untuk semua hidrotalsit Zn-Al-

NO3.

Serapan OH bending teramati pada daerah bilangan gelombang 1627 cm-1 untuk semua

hidrotalsit Zn-Al-NO3, sedangkan ikatan Zn-O-Al masing-masing ditunjukkan pada

bilangan gelombang 424 cm-1 untuk masing-masing hidrotalsit Zn-Al-NO3 2:1 dan

hidrotalsit Zn-Al-NO3 3:1 serta 432 cm-1 untuk hidrotalsit Zn-Al-NO3 4:1. Data penelitian

ini mirip dengan penelitian yang dilakukan oleh Zie et al. (2003) vibrasi OH stretching dan

bending masing-masing 3400 dan 1600 cm-1 serta munculnya serapan khas untuk nitrat


282

pada 1384 cm-1, Nindyasari (2008) dengan vibrasi OH stretching dan bending masing-

masing 3456 dan 1627 cm-1 serta munculnya serapan khas untuk nitrat pada 1381 dan 601,7

cm-1 dan vibrasi OH stretching dan bending masing-masing 3448 dan 1627 cm-1 serta

munculnya serapan khas untuk nitrat pada 1381 dan 609 cm-1. Komposisi kimia hidrotalsit

Zn-Al-NO3 yang telah disintesis ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. digunakan untuk menentukan rumus empirik hidrotalsit Zn-Al-NO3 sesuai

rumus umum [MII(1-x)M

IIIx(OH)2]

x+[Am-]x/m.zH2O, untuk rasio mol Zn/Al 4:1 diperoleh

Zn0,79Al0,20(OH)2(NO3)0,20.0,37H2O,untuk rasio mol Zn/Al 3:1 diperoleh

Zn0,72Al0,28(OH)2(NO3)0,28.0,36H2O dan untuk rasio mol Zn/Al 2:1 diperoleh

Zn0,65Al0,35(OH)2(Cl)0,35.0,35H2O. Rumus empirik tersebut mendekati rasio rasio mol Zn/Al

yang digunakan pada saat sintesis.

Gambar 4. Spektra FT-IR hidrotalsit Zn-Al-Cl sebelum dan setelah pertukaran anion;

(A) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 2:1 (B) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-

Al-Fe(CN)6 rasio 3:1 (C) hidrotalsit Zn-Al-Cl dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 4:1

Bilangan Gelombang (cm–1)


283

Gambar 5. Difraksi sinar-X hidrotalsit Zn-Al-NO3 (a) hidrotalsit Zn-Al-NO3 rasio Zn/Al 2:1 (b) hidrotalsit Zn-Al-NO3 rasio Zn/Al 3:1 dan (c) hidrotalsit Zn-Al-NO3

rasio Zn/Al 4:1

Gambar 6. Spektra FTIR hidrotalsit Zn-Al-NO3 (a) hidrotalsit Zn-Al-NO3 rasio Zn/Al

2:1 (b) hidrotalsit Zn-Al-NO3 rasio Zn/Al 3:1 (c) hidrotalsit Zn-Al-NO3 rasio Zn/Al 4:1

Tabel 3 Hasil analisis kimia hidrotalsit Zn-Al-NO3

Komposisi Hidrotalsit (% b/b)

Rasio mol Zn/(Al-NO3)

2 3 4

% mol % mol % mol

Zn 35,20 0,54 37,60 0,48 40,00 0,612

Al 7,94 0,29 6,30 0,23 4,46 0,165

H2O 5,24 0,29 5,24 0,29 5,24 0,291

Rasio Zn/AL

1,86 2,57 3,95


284

3.3 Pertukaran Anion Nitrat dengan heksasianoferrat(II)

Uji pertukaran anion nitrat dengan heksasianoferrat(II) dilakukan secara tidak langsung

yaitu dengan cara menambahkan larutan kalium heksasianoferrat(II) ke dalam suspensi

hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan sebelum dilakukan pertukaran anion nitrat dengan

heksasianoferrat(II) rasio mol yang akan di pertukarkan dihitung terlebih dahulu. Pertukaran

anion nitrat oleh heksasianoferrat(II) pada hidrotalsit Zn-Al-NO3 dengan rasio mol 2:1

diamati dengan difraktogram XRD dan FTIR. Untuk pengamatan hasil yang ditinjau dari

hasil difraktogram XRD, dapat dilihat dengan mengamati adanya kenaikan basal spacing

d003 yang diakibatkan masuknya anion heksasianoferrat(II) ke dalam antar lapis hidrotalsit

Zn-Al-NO3 untuk menggantikan anion nitrat. Kenaikan basal spacing d003 dari 8,88 Å

menjadi 10,42 Å yang ditunjukkan oleh pergeseran 2θ 9,98 menjadi 8,1. Untuk rasio mol

3:1 Kenaikan basal spacing d003 dari 8,26 menjadi 10,91 Å, yang ditunjukkan oleh

pergeseran 2θ 10,7 menjadi 8,1 dan untuk rasio mol 4:1 Kenaikan basal spacing d003 dari

8,86 menjadi 10,99 Å yang ditunjukkan oleh pergeseran 2θ 9,98 menjadi 8,041. Kenaikan

basal spacing tersebut menunjukkan bahwa anion heksasianoferrat(II) yang ukurannya lebih

besar dapat mendesak dan menggantikan anion nitrat yang ukurannya lebih kecil ,seperti

telah ditunjukkan oleh Gambar 3.7. Selanjutnya untuk senyawa baru hasil pertukaran anion

nitrat dan kalium heksasianoferrat(II) ini disebut dengan hidrotalsit Zn-Al-[Fe(CN)6].

Selain ditinjau dari difraktogram Sinar-X, pertukaran anion nitrat dengan

heksasianoferrat(II) juga ditinjau dari hasil analisis dengan spektra FTIR seperti ditunjukkan

oleh Gambar 3.8 dimana terlihat bahwa OH stretching dan vibrasi OH bending yang

menunjukkan H2O pada antar lapis juga terlihat pada bilangan gelombang tertentu untuk

hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-[Fe(CN)6], selain itu juga terdapat serapan metal oksida

untuk hidrotalsit Zn-Al-NO3 maupun hidrotalsit Zn-Al-[Fe(CN)6] yang sangat khas untuk

hidrotalsit. Perbedaan yang paling utama antara spektra FTIR sebelum dan setelah

pertukaran dengan heksasianoferrat(II) adalah munculnya CN nitril pada bilangan

gelombang 2090 cm-1 dan hal ini memperkuat bukti bahwa anion nitrat pada antar lapis

hidrotalsit Zn-Al-NO3 telah tergantikan oleh anion heksasianoferrat(II).

Gambar 7. Difraksi sinar-X hidrotalsit Zn-Al-NO3 sebelum dan setelah pertukaran anion; (A) hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 2:1 (B) hidrotalsit Zn-Al-


285

NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 3:1 (C) hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio

4:1

Berdasarkan hasil FT-IR (Gambar 8) dapat diketahui bahwa OH stretching dan Vibrasi

OH bending yang menunjukkan H2O pada antar lapis hidrotalsit Zn-Al-NO3 untuk rasio

mol 2:1 ditunjukkan pada bilangan gelombang 3448 dan 1627 cm-1 dan untuk Zn-Al-

[Fe(CN)6] terjadi penurunan vibrasi untuk OH stretching menjadi 3441 dan OH bending

menjadi 1620 cm-1 serta vibrasi metal oksida Zn-O-Al pada 424 cm-1 untuk nitrat dan 362

cm-1 untuk heksasianoferrat(II). Untuk rasio mol 3:1 OH stretching dan Vibrasi OH bending

yang menunjukkan H2O pada antar lapis hidrotalsit Zn-Al-Cl ditunjukkan pada bilangan

gelombang 3448 dan 1627 cm-1 dan untuk Zn-Al-[Fe(CN)6] terjadi penurunan vibrasi untuk

OH stretching yaitu pada bilangan gelombang 3441 dan Vibrasi OH bending pada 1620 cm-

1 serta vibrasi metal oksida Zn-O-Al untuk nitrat dan heksasianoferrat(II) pada 424 cm-1

sedangkan untuk mol 4:1 OH stretching dan Vibrasi OH bending yang menunjukkan H2O


cm-1 dan untuk Zn-Al-[Fe(CN)6] juga ada pada bilangan gelombang 3448 dan Vibrasi OH

bending menjadi 1620 cm-1 serta vibrasi metal oksida Zn-O-Al pada 432 cm-1 untuk nitrat

dan 354 cm-1 untuk heksasianoferrat(II) dan munculnya serapan baru pasca pertukaran yang

ditunjukkan oleh bilangan gelombang 2098 cm-1 untuk vibrasi CN nitril pada rasio mol 2:1,

dan 4:1 serta 2090 untuk 3:1.

Gambar 8. Spektra FT-IR hidrotalsit Zn-Al-NO3 sebelum dan setelah pertukaran anion; (A) hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 2:1 (B) hidrotalsit Zn-Al-

NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6 rasio 3:1 (C) hidrotalsit Zn-Al-NO3 dan Zn-Al-Fe(CN)6

rasio 4:1

Untuk interkalasi heksasianoferrat(II) ke dalam antar lapis hidrotalsit Zn/Al, dalam

penelitian ini dilakuakan dengan menggunakan reaksi penukar anion yaitu dengan


286

mengganti anion klorida dan nitrat pada antar lapis hidrotalsit dengan anion

heksasianoferrat(II). Rasio mol antara anion nitrat dan klorida dengan anion

heksasianoferrat(II) adalah 1:4. Anion nitrat dan klorida yang berada pada antar lapis

hidrotalsit akan tergantikan semua oleh anion heksasianoferrat(II). Rasio ini didasarkan

pada persamaan reaksi berikut:

3.4 Kapasitas Pertukaran Anion NO3- dan Cl- terhadap Anion [Fe(CN)6]

4-

Kapasitas pertukaran anion diartikan sebagai ukuran jumlah anion yang mampu

mengganti anion awal. Nilai kapasitas pertukaran anion yang besar menunjukkan bahwa

anion tersebut merupakan penukar anion yang baik. Urutan kekuatan dalam pertukaran

anion dipengaruhi oleh muatan ion, densitas 10 elektron, dan ikatan hidrogen (Halcom-

Yanberry, 2002).

Proses pertukaran anion pada hidrotalsit dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan

cara menambahkan larutan kalium heksasianoferrat(II) ke dalam suspensi hidrotalsit Zn/Al

klorida dan nitrat. Campuran tersebut kemudian diaduk selama 2 jam untuk kemudian di

hidrothermal pada suhu tertentu. Setelah dilakukan hidrothermal, campuran tersebut

disentrifuge untuk memisahkan suspensi tersebut. Cairan hasil sentrifuge ini dianalisis

dengan AAS dan digunakan untuk menentukan kapasitas pertukaran anion Zn-Al-

hidrotalsit. Nilai kapasitas pertukaran anion Zn-Al-hidrotalsit dapat dilihat pada Tabel 3.4

berikut:

Tabel 4. Hasil kapasitas pertukaran anion klorida dan nitrat terhadap [Fe(CN)6]4-

Tabel 4. tersebut menunjukkan bahwa nilai kapasitas pertukaran anion Zn-Al-hidrotalsit

berbanding terbalik dengan rasio mol Zn/Al, semakin besar rasio mol Zn/Al maka nilai

kapasitas pertukaran anion dari hidrotalsit semakin kecil. Hal tersebut terjadi karena

semakin tinggi rasio mol Zn/Al fraksi mol anion dalam struktur hidrotalsit semakin kecil.

Artinya setiap 100 g hidrotalsit, jumlah mol anion tertukar akan semakin kecil dengan

kenaikan rasio mol Zn/Al.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian tentang sintesis pengaruh rasio molar hidrotalsit Zn/Al

terhadap karakteristik pertukaran ion, dapat di simpulkan sebagai berikut:

1. Difraktogram hidrotalsit Zn/Al setelah pertukaran ion dengan heksasianoferrat(II)

menunjukkan pergeseran basal spasing menjadi lebih besar, dimana hal tersebut

menandakan bahwa ion heksasianoferrat(II) telah masuk dan menggantikan ion nitrat dan

klorida.

2. Kapasitas pertukaran NO3- terhadap Fe(CN)4

- untuk masing-masing rasio mol 2:1 sebesar

289,35 meq, rasio mol 3:1 sebesar 233,48 meq dan untuk rasio mol 4:1 sebesar 137,511

meq/100 mg hidrotalsit. Kapasitas pertukaran Cl- terhadap Fe(CN)4- masing-masing

untuk rasio mol 2:1 sebesar 205,55 meq, rasio mol 3:1 sebesar 189,08 meq dan rasio mol

4:1 sebesar 118,17 meq/100 mg hidrotalsit.


287

3. Berdasarkan hasil XRD dapat diketahui bahwa pertukaran anion nitrat dengan

heksasianoferrat(II) jauh lebih baik dibandingan dengan anion klorida karena pada nitrat

kapasitas pertukarannya lebih besar serta menunjukkan keteraturan pasca pertukaran

dengan heksasianoferrat(II), dan hasil tersebut telah dibuktikan.

Daftar Pustaka

Bejoy, N., 2001, Hydrotalcite: The Clay that Cures, diakses tanggal 20 Maret 2010,

www.ias.ac.in/resonance/Feb2001p57-61.html, Ernawati, T., 2009, Studi Efek Memori (Memory Effect) Hidroksida Ganda Terlapis Zn-Al yang

Mengandung Anion Cl-,NO3- dan SO42-, Thesis, FMIPA UGM, Yogyakarta.

E.Kanezaki., 1997, Effect of Atomic Ratio Mg/Al in Layers Of Mg and Al Layered Double Hidroxide on Thermal Stability Of Hydrotalcite-Like Layered Structure By Means Of In Situ

High Temperature Powder X-Ray Difraction, Material Research Bulletin, Vol. 33 No.5, 773-778

Gaines, R. et al., 1997, Dana’s New Mineralogy. John Wiley and Sons, New York, p.1819

Holgado, MJ., V., Rives, M.S., Sanroman, P., Malet, 1996, Hexacyanoferrate-Interlayered hydrotalcite, J.Solid State Anionics, 92, 273-283

Halcom dan Yanberry, F.M., 2002, Layered Double Hidroxide: Morphology, Interlayer Anion, and

the Origins of Life, Dissertation, University of North Texas, Texas. Isyana, N.A., 2007, Kajian Adsorpsi Cr(III) dalam Limbah Sintetik dan Limbah Industri Penyamakan

Kulit Oleh Adsorben Zn/Al Hydrotalcite, Skripsi, FMIPA UGM, Yogyakarta.

Kanezaki, E., 1998, Effect of atomic ratio Mg/Al in layers of Mg and Al layered double hydroxide

on thermal stability of hydrotalcite-like layered structure by means of in situ high temperature powder X-ray diffraction. Mater. Res. Bull. 33, 773.

Kloprogge, J.T., Hickey, L., Frost, R., 2004, The Effect of Synthesis pH and Hydrothermal Treatment

on The Formation of Zinc Aluminium Hydrotalcite, J. Solid State Chem., 177, 4047 Mengliang, T., Hongyan, C., Zhanhong Y., dan Runjuan, W., 2011, The Effect Of Zn-Al-

Hydrotalcite Composited with Calcium Stearate and β-Diketone on the Thermal Stability of PVC,

Int. J. Mol. Sci., 12, 1756-1766 Miyata, S., 1983, Anion Exchange Properties of Hydrotalcite-Like Compounds, Clays Clay Miner.,

31, 4, 305-311

Roto, 2005, Electron and Ion Transport In Redox Active Transition Metals Layered Double

Hydroxides, Dissertation, The University of Brunswick. Xianmei, X., Xia, A., Xiulan, W., dan Zhizhong, W., 2003 Preparation, Caracterization and

Aplication of Zn/Al Hydrotalcite-Like Coumpound, J.Chem. Nat. Gas,12, 4, 259-263.

Zie, X., An, X., Wang, X., dan Wang, Z., 2003, Preparation, Characterization and Application of ZnAlLa-Hydrotalcite-Like Compounds, J. of Nat. Gas Chem., 12, 259-263

Zeng, H.C., dan Xu, Z.P., 2001, Anionic Interactanions in Crystallite Growth CoMgAl-hydrotalcite-

like-Compounds, J.Chem Mater., 13, 4555-4563

Pengaruh Rasio Molar Zn/Al Terhadap Sifat Pertukaran Anion

Documents

Transcript of Pengaruh Rasio Molar Zn/Al Terhadap Sifat Pertukaran Anion